云南不同來(lái)源四路糯玉米waxy和tb1基因分析

武曉陽(yáng) 隆文杰 陳丹 周國(guó)雁 杜娟 伍少云 蔡青

摘要?[目的]為四路糯資源的保護(hù)、研究與開(kāi)發(fā)利用特異資源提供科學(xué)依據(jù)。[方法]對(duì)8份云南不同來(lái)源的四路糯資源材料進(jìn)行糯性基因waxy、分蘗基因tb1的測(cè)序及SSR分子標(biāo)記分析，探討不同來(lái)源四路糯的形成規(guī)律。[結(jié)果]試驗(yàn)所用糯玉米具有共同的突變類型wx-D10，即waxy基因第10外顯子15-bp的缺失，檢測(cè)控制分蘗的tb1基因發(fā)現(xiàn)，在四路糯中保留了2類不同的等位基因，并發(fā)現(xiàn)具有雜合基因型的植株存在，進(jìn)一步利用40對(duì)SSR標(biāo)記檢測(cè)不同來(lái)源的四路糯，獲得了27個(gè)多態(tài)性基因位點(diǎn)。[結(jié)論]試驗(yàn)所用四路糯有統(tǒng)一的起源，在形成后基因組內(nèi)依然保留了大量多等位基因位點(diǎn)，由于四路糯在傳播過(guò)程中發(fā)生不同等位基因的丟失，形成不同類型的四路糯。

關(guān)鍵詞?四路糯，waxy基因，tb1基因，遺傳分化

中圖分類號(hào)?S513文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼?A

文章編號(hào)?0517-6611（2020）06-0025-05

Abstract?[Objective]To provide scientific basis for special germplasm resources of the protection，development and utilization of fourrow waxy maize resources.[Method]Sequencing of waxy gene waxy，tillering gene tb1 and SSR molecular marker analysis were carried out for eight fourrow wax maize resources of Yunnan.Their formation rules were also discussed.[Result]These fourrow waxy maizes had the same mutation type wxD10，which was 15bp deletion in exon 10 of waxy gene，?detection of tb1 gene controlling tillering revealed that two different alleles were retained in fourrow waxymaizes and plants with heterozygous genotype were found，?40 SSR markers were used to detect fourrow waxy maizes from different sources，and 27 polymorphic loci were obtained.[Conclusion]These fourrow waxy maizes had a unified origin，?many different alleles were still retained in the genome after the formation of fourrow waxy maizes，?different types of fourway waxy were formed due to the loss of alleles during the process of material transmission.

Key words?Fourrow waxy maizes，Waxy gene，tb1 gene，Genetic differentiation

糯性玉米（Zea mays L.var.certain Kulesh）是一類特殊的玉米栽培類型。中國(guó)擁有豐富的糯性玉米地方品種。以往研究發(fā)現(xiàn)中國(guó)西南地區(qū)，特別是云南及其周邊地區(qū)是中國(guó)糯性玉米的起源中心[1-3]。云南及其周邊地區(qū)是中國(guó)少數(shù)民族的聚集地，他們自古以來(lái)就有食用糯性食物的習(xí)慣。很多特殊類型的糯性玉米就是在這一地區(qū)發(fā)現(xiàn)。四路糯（Four-row Wax）就是其中之一，它最早在云南勐海的傣族居民區(qū)發(fā)現(xiàn)，其果穗具有四路籽粒，形態(tài)具有許多玉米的原始特征[4]。

目前，勐海四路玉米已有許多研究報(bào)道。通過(guò)對(duì)waxy基因的分析發(fā)現(xiàn)，勐海四路是wx-D10類型的突變[5-6]。四路糯自交系SICAU1212通過(guò)與普通玉米自交系B73雜交構(gòu)建RIL（Recombinant Inbred Lines，重組自交系）群體，進(jìn)行果穗行數(shù)的QTL定位，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3個(gè)主效QTL，分布在bin 2.02、bin 8.02和bin 8.04[7]，四路糯自交系K10HEX206和農(nóng)531建立F2：3家系，進(jìn)行果穗行數(shù)的QTL定位，結(jié)果發(fā)現(xiàn)5個(gè)主效QTL，分布在bin 2.04、bin 4.09、bin 5.04、bin 8.05和bin 9.03[8]。勐海四路基因組重測(cè)序的完成為四路糯的研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[9]。由此可見(jiàn)，四路糯已成為玉米遺傳育種及相關(guān)基礎(chǔ)學(xué)科的最佳特異研究材料，收集保護(hù)好這一珍貴的中國(guó)古老地方品種具有重要意義。

玉米糯質(zhì)性受隱性的waxy單基因控制。普通玉米waxy基因能正常表達(dá)GBSS Ⅰ 蛋白，用于直鏈淀粉的合成。waxy的突變?cè)斐蒅BSS Ⅰ 蛋白失去活性，直鏈淀粉的合成受阻，使玉米籽粒中的淀粉幾乎全為支鏈淀粉，產(chǎn)生出糯質(zhì)性籽粒[10-11]。tb1基因是控制玉米分蘗基因，該基因在大芻草基因組中被抑制表達(dá)，結(jié)果植株產(chǎn)生許多分蘗，而在玉米基因組中表達(dá)量提高使玉米植株無(wú)分蘗或少分蘗[12-13]。waxy和tb1基因均是在玉米馴化過(guò)程中受到人工選擇壓力的基因位點(diǎn)[6，14-15]。

四路糯原產(chǎn)云南勐海、景洪、勐臘等縣，是當(dāng)?shù)卮鲎?、哈尼族、拉祜族和其他民族同胞?890年以來(lái)種植的糯玉米品種[4]，至今仍有少量種植。云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物種質(zhì)資源庫(kù)經(jīng)過(guò)多年考察收集，保存了來(lái)自云南勐海、孟連、盈江及緬甸南坎的四路糯玉米資源，觀察發(fā)現(xiàn)不同來(lái)源的材料雖均具有相同的四路果穗、白色籽粒和多雌穗等特征，但抽雄時(shí)間、葉鞘顏色、果穗形態(tài)等存在差異。為進(jìn)一步探索分析四路糯資源的遺傳變異與分化情況，筆者對(duì)不同來(lái)源的四路糯資源材料進(jìn)行糯性基因waxy、分蘗基因tb1的測(cè)序及SSR分子標(biāo)記分析，旨在探討不同來(lái)源四路糯的形成規(guī)律，為四路糯資源的保護(hù)、研究與開(kāi)發(fā)利用特異資源提供科學(xué)依據(jù)。

4?小結(jié)

該試驗(yàn)結(jié)果顯示，試驗(yàn)所用四路糯有統(tǒng)一的起源，在形成后基因組內(nèi)依然保留了大量多等位基因位點(diǎn)，由于四路糯在傳播過(guò)程中發(fā)生不同等位基因的丟失，形成不同類型的四路糯。

參考文獻(xiàn)

[1] LIU Y J，HANG Y B，RONG T Z，et al.Comparative analysis of genetic diversity in landraces of waxy maize from Yunnan and Guizhou using SSR markers[J].Agricultural sciences in China，2005（9）：648-653.

[2] 田孟良，黃玉碧，劉永建，等.SSR標(biāo)記揭示的云南省、貴州省糯玉米與普通玉米種質(zhì)資源的遺傳差異[J].四川農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，21（3）：213-216.

[3] 楊太興，曾孟潛，王璞.我國(guó)南方糯玉米（Zea mays Sinensis）的過(guò)氧化物酶同工酶分析[J].植物學(xué)報(bào)，1981（2）：110-115.

[4] 曾孟潛，楊太興，王璞.勐海四路糯玉米品種的親緣分析[J].遺傳學(xué)報(bào)，1981（1）：91-96，104.

[5] FAN L J，BAO J D，WANG Y，et al.Postdomestication selection in the maize starch pathway[J].PLoS One，2009，4：1-9.

[6] FAN L J，QUANL Y，LENG X D，et al .Molecular evidence for postdomestication selection in the Waxy gene of Chinese waxy maize[J].Mol Breeding，2008，22：329-338.

[7] YANG C，TANG D G，ZHANG L，et al.Identification of QTL for ear row number and tworanked versus manyranked ear in maize across four environments[J].Euphytica，2015，206：33-47.

[8] 焦付超，李永祥，陳林，等.特異玉米種質(zhì)四路糯的穗行數(shù)遺傳解析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，47（7）：1256-1264.

[9] LIU H M，WANG X W，WEI B，et al .Characterization of genomewide variation in fourrow wax，a waxy maize landrace with a reduced kernel row phenotype[J].Frontiers in plant science，2016，7：1-12.

[10] DEMEREC M.A case of pollen dimorphism in maize[J].American journal of botany，1924，11：461-464.

[11] WEATHERWAX P.A rare carbohydrate in waxy maize[J].Genetics，1922，7：568-572.

[12] CLARK R M，WAGLER T N，QUIJADA P，et al.A distant upstream enhancer at the maize domestication gene tb1 has pleiotropic effects on plant and inflorescent architecture[J].Nat Genet，2006，38：594-597.

[13] CUBAS P，LAUTER N，DOEBLEY J，et al .The TCP domain：A motif found in proteins regulating plant growth and development[J].The plant journal，1999 18：215-222.

[14] CLARK R M，LINTON E，MESSING J，et al .Pattern of diversity in the genomic region near the maize domestication gene tb1[J].Proc Natl Acad Sci USA，2004，101：700-707.

[15] 田孟良，黃玉碧，譚功燮，等.西南糯玉米地方品種waxy基因序列多態(tài)性分析[J].作物學(xué)報(bào)，2008，34（5）：729-736.

[16] DOYLE J J，DOYLE J L.Isolation of plant DNA from fresh tissue[J].Focus，1990，12：13-15.

[17] KLSGEN R B，GIERL A，SCHWARZSOMMER Z，et al.Molecular analysis of the waxy locus of Zea mays[J].Mol Gen Genet，1986，203：237-244.

[18] ROZEN S，SKALETSKY H.Primer3 on the WWW for general users and for biologist programmers[J].Methods Mol Biol，2000，132：365-386.

[19] 郭安源，朱其慧，陳新，等.GSDS：基因結(jié)構(gòu)顯示系統(tǒng)[J].遺傳，2007，29（8）：1023-1026.

[20] THOMPSON J D，HIGGINS D G，GIBSON T J.CLUSTAL W：Improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting，positionspecific gap penalties and weight matrix choice[J].Nucleic acids research，1994，22：4673-4680.

[21] 張金渝，張建華，楊曉洪，等.西雙版納地區(qū)糯玉米品種四路糯、小黃糯的遺傳多樣性分析[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007，40（2）：234-243.